CN1098252A - 储存稳定的固体碘前体杀菌组合物 - Google Patents

Abstract

一种储存稳定的固体碘前体杀菌组合物，包括以 干粉形式混合的固体碘氧基化合物，碘氧基化合物的 固体还原剂以及固体干燥剂，固体干燥剂的用量足以 吸收组合物在储存期间的环境中存在的水份和/或 反应伴生的水份。本发明的组合物在无限长的期限 内是储存稳定的，加入水时，碘氧化物被还原成新生 态的碘，具有众所周知的杀菌功能。

Description

本发明涉及一种储存稳定的杀菌组合物，其具有改进的储存期，并且含有以前体形式存在的碘。

本文中所涉及的组合物被称之为“产生元素碘”的杀菌组合物或是“碘前体（pre-iodine）”杀菌组合物。这些组合物在储存之后，往其中加入水时，能立即产生新生态的碘，其可用作杀菌剂。另外，它们还具有能与辅助的杀菌剂例如酚类杀菌剂、季铵盐类杀菌剂相配伍的优点。

尽管已有大量的高效含碘杀菌水溶液，并广泛用来杀灭广谱微生物，但是由于其主要成分碘固有的化学性质，它们在商业上使用时伴随有某些不足。

首先，由于碘具有挥发性，含碘杀菌剂，不管其是粉末形式还是溶液形式，都将由于碘的升华和蒸发而损失碘。因此，此类杀菌剂的储存期受到限制。

其次，由于碘非常活泼，它能够与任何杀菌剂水溶液中所含有的其他成分反应，使得该组合物失去杀菌活性。此类反应的副产物，主要是氢碘酸，由于它们本身所具有的化学活性而加重了上述问题。

目前可得到的碘杀菌剂水溶液的主要问题主要是其不稳定性；溶液中的碘慢慢地但是不可避免地氧化其中的溶剂化共组分，例如碘酊中的乙醇，Betadine中的聚乙烯吡咯烷酮，以及非离子型洗涤剂如Wescodine中的环氧乙烷和醇。

由这些反应所形成的碘最终将会形成三碘化物离子，而碘化物离子不能穿透微生物细胞的壁。因此其作为杀菌剂是低效能的。

此外，如上所列的碘制剂不能与其他物质，例如酚类和季铵盐类洗涤剂杀菌剂或其他化学活性物质共混合。如果将它们共混，将会发生如上所述的不期望的活性降级反应，并且破坏由物质的共混而所期望的好处。

为解决上述问题，Van Allen在美国专利1，661，640披露了一种方案：以干燥的吸湿粉末的形式制备，储存和配制碘递体，并在使用之前，将水加入到碘递体中以形成活性杀菌溶液。

这一方案的问题是，所述的干燥的碘递体中含有的碘化合物对水非常敏感。微量水的存在就可使这些化合物的如上所述的降级反应催化进行。

事实上，杀菌剂组合物暴露于由两种来源衍生出的含水环境中。

首先，要想从储存组合物的容器中除去所有的微量水分是不可能的。这种环境水分，即使仅有微量，亦足以引发上述反应，通过这些反应，碘递体被转化成不希望的产物。

其次，一旦被引发，反应自催化继续进行，因为反应产物中包括水。这种由反应本身产生的水进一步促进了不希望的降解反应的进行，因而使得降解反应以逐渐递增的速度进行。

然而，即使存在这些缺点，碘仍然是一种非常有效的和广泛使用的杀菌剂。它对包括人类病原体在内的所有的微生物都具有杀灭作用。将细菌，不管是革兰氏阴性菌还是革兰氏阳性菌，立克次氏体（rickettsia），真菌（fungi），病毒（viruses），以及原生动物生物置于稀碘溶液中，都将被有效地破坏。

因此，尤其为了军事上的目的，希望提供一种商品碘源，即一种轻重量的“碘前体”，该碘源应可很容易地含有碘，易于储存和运输；它很稳定并且具有无限长的储存期；它能与其他所选择的辅助杀菌剂相配伍；但是，在加入水之后，它必须能迅速地转化成含有新生态碘的杀菌组合物并且具有所有的所期望的杀菌性能，使其能有效地应用于通常使用碘杀菌剂的场合。

本发明的上述和其他目的可以通过如下的技术方案来实现：提供一种储存稳定的固态碘前体杀菌组合物，从广义上来说，该组合物包括一种固体碘氧基化合物（oxy-compound of iodine）；一种该碘氧基化合物的水溶性固体化学还原剂；以及一种固体干燥剂。

所述的碘氧基化合物使最终的杀菌组合物中含有碘。所述的还原剂的作用是，当向该组合物中加入水时，能将碘氧基化合物中的碘释放出来。所述的固体干燥剂的作用是，储存过程中，当将杀菌组合物无意地暴露于环境水份或内生的水环境中时，能避免水对组合物中其他两种成分的有害作用。

除了上述关键组分外，还可向该组合物中加入适量的缓冲剂以调节其pH值；加入溶剂化试剂以增加各组分在水中的溶解度，以及增加与其他杀菌剂的可配伍性。

因此，本发明提供了一种碘前体组合物，该组合物可以以固体形式无限期地储存，但是在向该组合物中加入水时，其能被迅速地活化产生一种含有元素碘的杀菌剂，并且使其具有在该类杀菌剂中为最好的期望的性能。

如上所述，本发明的组合物包括一种固体碘前体杀菌组合物，该组合物是在水介质中使用的，但在使用之前，该组合物可以以干燥状态储存在含有少量的环境水份的容器中，并不会形成大量的三碘化物离子的降解产物。该组合物的主要成分为：

固体碘氧基化合物；

碘氧基化合物的水溶性固体化学还原剂；

固体干燥剂。

可用于本发明的碘前体杀菌组合物中的碘氧基化合物包括那些含有分子氧并且能与所述的还原剂反应形成元素碘的碘化合物。此类化合物的举例化学物包括：

碘酸；

五氧化碘；

碘酸钾和碘酸钠。

其他价态的碘氧基化合物，如次碘酸和过碘酸及其盐似乎也可以使用。但是由于它们比较稀少和/或不稳定，因此要真正使用它们作为本发明中的碘氧基化合物是不切实际的。

在某些情况下，五氧化碘是本发明所描述的组合物中优选的碘氧基化合物。它具有下述的优良的特性：

可得到其非吸水性的干燥固体；

长时期内性能稳定；尤其特别的是，其中的碘成分既不挥发，也不升华；

即使在温度升高的情况下也能保持稳定；

在例如乙醇类的溶剂中是可溶的，因此使得其能与组合物中的其他成分有效地相混溶。

溶剂化时，五氧化碘能够很容易地被多种合适的还原剂还原而生成游离碘。它能为使反应进入生成元素碘的阶段提供所需要的质子，因此起到作为该组合物的碘化剂的作用。

至于其盐，特别是碘酸钾，当其被还原生成游离碘时，不会形成任何残留的衍生物盐，这使得由于其“盐析”效应而对组合物中其他共组分的溶解性产生不利的影响。

它可以与大量的其他物质包括缓冲剂，还原剂，溶剂化试剂以及其他的共杀菌剂共混在一起，所述的共杀菌剂的加入对本发明的杀菌组合物是有利的。

但是，如在下文中将要更详细地描述到的，在合适的条件，使用相应的碘酸的盐，即碘酸钾和碘酸钠可能是有利的。

至于本发明的碘前体杀菌组合物的第二个关键性的成分，即碘氧基化合物的化学还原剂，可以使用许多具有以下两个关键性能的还原剂。

首先，该还原剂必须具有足够的电动势（emf）以得到所期望的结果，即能够将碘氧基化合物还原生成游离碘。

第二，所使用的该还原剂的量应足以将五氧化碘还原成游离碘。但是不能超过为达到此目的所必需的化学计量用量。如果用量超过该数量，则该还原反应将越过生成游离碘的阶段而进入生成碘离子的阶段，例如生成氢碘酸。

由于碘氧基化合物的还原需要在酸性介质中进行，因此希望还原剂能提供一质子源，并因而使反应混合物具有所期望的酸度。反应混合物的合适的酸度是其pH值在1至7之间。

用于本发明的合适的还原剂为：

抗坏血酸；

二氢富马酸；

硫羟糖，例如二硫代赤藓醇和二硫代threitol；

半胱氨酸。

根据碘氧基化合物成分的类别，还原反应可分为两步进行。这可用下述的方程式来说明：

当碘氧基化合物为五氧化碘时，说明性的方程式如下：

当碘氧基化合物为碘酸时，说明性的方程式与此类似。

当碘氧基化合物为碘酸的盐时，例如为碘酸钾时，说明性的方程式如下：

在后一说明性的方程式中，因柠檬酸对碘酸钾的作用而产生的氢碘酸很明显也是一种活性还原剂。这对于在最后的杀菌组合物中形成活性碘成分明显是有利的。此外，由柠檬酸所提供的一个质子也是将碘酸钾转化成碘酸所必需的。

在上述两说明性的方程式中，反应终产物之一是水。因此，反应是自催化的，因为水的存在是反应进行所必需的。即使在温度升高的情况下，由反应产生的水使反应能进行完全。

因此，如果组合物是以干燥状态储存于容器中时，将因反应产生（内生）的水以及容器环境中的水份除去是很重要的。

因此，本发明的组合物的另一个关键性的成分是一种合适的干燥剂，其用量应足以吸收所有的环境中存在的水份或由反应产生的水份，以使得组合物在无定期的储存期间内保持稳定。

所使用的干燥剂必须解决唯一的一个问题。一方面，所有的微量水份，不管是环境中的水份还是反应产生的水份，在组合物的储存期间内，都必须是不存在的。因为这些水份的存在将过早地使反应自催化进行。另一方面，在使用该组合物时，即希望将碘氧基化合物还原成元素碘时，水的存在则是必需的。

要解决这一难题，一种优选的干燥剂是分子量在10，000至1，000，000范围内，优选是在25，000至100，000范围内的聚乙烯吡咯烷酮。

但是其他的干燥剂，包括无水无机盐干燥剂，例如无水硫酸钠、硫酸镁以及氯化钙也可以使用。

其他合适的干燥剂包括：

聚乙烯醇干燥剂；

醇的聚乙烯氧化物衍生物干燥剂；

烷乙醇胺干燥剂；

熔点大于40℃的非离子型洗涤剂干燥剂。

除了碘氧基化合物、还原剂以及干燥剂外，还可以加入一些特定的辅助性组分，以使得本发明的碘前体杀菌组合物具有所期望的性能。

特别是，由于碘很难溶于水溶液介质中，因此可以使用溶剂化试剂，其用量应足以使得当组合物使用时，即向其中加入水时，产生的元素碘具有所期望的水溶解性。优选的溶剂化试剂是聚乙烯吡咯烷酮。在上文中所描述的聚乙烯吡咯酮是用作干燥剂。因此，聚乙烯吡咯烷酮有双重作用：即用作碘的干燥剂和碘的溶剂化试剂。

如果希望使用粉末形式的组合物，可将0.01至99.09%（重量）的淀粉或滑石粉加入到该组合物中。一种优选的粉末化组分是淀粉产品，该淀粉产品是先将淀粉水解，随后通过与表氯代醇（epichlorohydrin）的反应使其改性，即所谓的“改性粉末化淀粉”商品。

同时也可能希望向该组合物中加入一种或多种辅助的杀菌剂，例如一种季铵盐如十一铵氯化物，或是一种环境杀菌剂如邻苯基酚。如上所述，本发明的一个特征是，在碘的储存过程中，碘前体不会与这些共杀菌剂组分发生反应。

另外，为了控制最终混合物的pH值使其保持稳定并使其储存期延长，加入合适的缓冲剂可能是有利的，缓冲剂例如可以是磷酸单钠或磷酸二钠，其用量应足以调节最终的pH值在所期望的水平上，即从1至7。

为确保有较长的储存期，最终混合物应基本上是干燥的。其水份含量（不包括可能存在的水合水）以固体重量为基础计，应不超过5%，优选是不超过1%。

本发明的组合物可按以下方法简单地制备：将所有组分形成干燥的细粉末，将这些细粉在合适的混合设备中充分地混合在一起。随后可将其在一密闭的容器中无限期地储存起来。

储存之后，如果要得到杀菌剂碘溶液，将预定数量的水加入到该干燥粉末中以得到所期望浓度的溶液。随后可按通常的方式将得到的含碘溶液用于杀菌。

如果所提供组合物为粉末形式，可以将该粉末洒在天然或合成橡胶手套的里面，然后将手套带在手上。手上所出的汗将提供足够的水份以将碘氧基化合物成分转化成元素碘。

本发明的典型的组合物的组成如下所示：

五氧化碘  1当量

还原剂  0.8-1.2当量

碘溶剂化试剂  使碘溶剂化和干燥所需的量。

和干燥剂

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例

1  2  3

五氧化碘  0.065克  0.132克  0.195克

抗坏血酸  0.172克  0.343克  0.516克

聚乙烯吡咯烷酮  0.5克  0.75克  1.0克

最终碘的浓度  0.5%  1.0%  1.5%

使用时，加入水使最终体积为10ml。

下面的实施例用来说明使用碘酸的盐作为碘氧基化合物的情况。

碘化钾  0.830克

碘酸钾  0.214克

无水柠檬酸  0.192克

干燥的聚乙烯吡咯烷酮  0.4克

（分子量35，000-50，000）

下面的实施例说明加入适量的合适的干燥剂对本发明的杀菌组合物的储存稳定性的重要性。

如上所述，本发明的组合物是设计用来在瓶类容器或其他合适的容器无定期储存的，所述的瓶类容器或容器中含有一定量的残余空气。尽管在将组合物加入容器中之前被稳底进行过干燥，但是，在容器中残留的空气中还是含有微量的水份。在储存过程中，这些微量的水份将足以引发碘氧基化合物的还原反应。该还原反应的反应产物之一为水。因此反应是自催化进行的，反应速度越来越快，组合物最终成为一失效的杀菌剂。

在下面的实验中，在有干燥或无干燥剂存在的条件下，模拟了杀菌组合物的储存条件。

取5个250ml的瓶子，每个瓶口上安装有一个螺丝顶盖，顶盖被一根线穿透，线端悬挂一块1cm的滤纸。

每个瓶中加入1.24克的含有0.830克KI、0.214克KIO₃和0.192克无水柠檬酸的混合物。这些组分预先在85℃的真空炉中进行过干燥。

往每一瓶中的混合物的中心加入足量的水，使瓶中最终的水含量分别达到0，1%，2%，3%，5%，7%。使这些瓶中的反应达到平衡并测量所生成的游离碘的量。

采用1.2克混合物，其中含有0.334克的I₂O₅和0.880克抗坏血酸（取代第一组实验中的KI和KIO₃）以及第一组实验中所使用的柠檬酸，进行类似的实验。

对第一组实验中的瓶子的观察表明，瓶中的所有成分在10分钟内即反应完全。

在第二组实验中也观察到相同的最终实验结果，只是反应速度较慢，需要3天的时间反应才能进行完全。

重复上述两组实验，只是在每一个瓶子中加入12克聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。在所有的情形下，即使加入高达5%的水，组合物仍然非常稳定。

当组合物中的水含量超过10%时，将慢慢形成碘，但形成的碘不能令人满意。

Claims (10)

1、一种储存稳定的可产生元素碘(碘前体)的固体杀菌组合物，该组合物在水溶液介质中使用，但是在使用前可以在含有环境水份的环境中储存，该组合物包含：

a)一种固体碘氧基化合物；

b)一种所述的碘氧基化合物的水溶性化学还原剂，该还原剂具有合适的酸度和足够的电动势使得当其在水溶液介质中与碘氧基化合物接触时，能将碘氧基化合物还原成元素碘，该还原剂的用量可高至化学计量比用量，使得可将碘氧基化合物完全还原成元素碘，但基本上不形成三碘化物离子，并且反应伴生水；和

c)至少一种从下述的一组中选择的固体干燥剂：

无机盐干燥剂，

聚乙烯醇干燥剂，

醇干燥剂的聚乙烯氧化物的衍生物，

烷乙醇胺干燥剂，

熔点高于40℃的非离子型洗涤剂，

其用量足以基本上完全吸收组合物在储存期间环境中所存在的水份和/或伴随反应所形成的水份，以防止在该组合物用于杀菌之前将所述的固体组合物引入到一水溶液介质中。

2、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的干燥剂为聚乙烯吡咯烷酮。

3、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的干燥剂为分子量在10，000至1，000，000范围内的聚乙烯吡咯烷酮。

4、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的干燥剂为无水无机盐干燥剂。

5、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的碘氧基化合物为从下述一组中选择的至少一种：五氧化碘、碘酸、碘酸钾和碘酸钠。

6、如权利要求所述的碘前体组合物，其中所述的还原剂为从下述一组中选择的至少一种：抗坏血酸、二羟基富马酸、酸羟糖和半胱氨酸。

7、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的碘氧基化合物为五氧化碘，所述的还原剂为抗坏血酸。

8、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的碘氧基化合物为碱金属碘酸盐，所述的还原剂为碱金属碘化物和一种pH值控制剂，其用量应足以使当所述的组合物溶于水中时，溶液的pH值在1至7的范围内。

9、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的碘氧基化合物为五氧化碘，其用量为1重量份，所述的还原剂为抗坏血酸，其用量为2.5至2.7重量份。

10、如权利要求1所述的碘前体组合物，其中所述的碘氧基化合物为约1当量的碘酸钾或碘酸钠，所述的还原剂为约5当量的碘化钠或碘化钾、约2当量的柠檬酸和pH值控制剂的混合物，pH值控制剂的用量应足以调节当所述的组合物溶于水时最终溶液的pH值在1至7的范围内。